測試?yán)碚撆c監(jiān)測技術(shù)

土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法與結(jié)果比較

試驗(yàn)指標(biāo)

抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值，是土體的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，正確地測定和選擇土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是土工計(jì)算中十分重要的問題。

舉例說明計(jì)算地基的極限荷載和承載力時(shí),c、φ的重要性。計(jì)算:Pu=γbNr/2+cNc+qNq,式中:Pu———極限荷載,kPa;Nr、Nc、Nq———地基承載力系數(shù),均為tgα=tg(45°+φ/2)的函數(shù),亦即φ的函數(shù)。例如:某辦公樓采用磚混結(jié)構(gòu)條形基礎(chǔ),設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底寬b=1.50m,基礎(chǔ)埋深d=1.40m,地基為粉土,天然密度γ=18.0kN/m3,內(nèi)摩擦角φ=30°,黏聚力c=10kPa,地下水位深7.8m,計(jì)算此地基的極限荷載和地基承載力。a)地基的極限荷載：Pu=γbNr/2+cNc+qNq=1060.1kPa。b)地基承載力f：采用安全系數(shù)K=3.0,地基承載力為:f=Pu/K=1060.1kPa/3.0≈353.4kPa。c)若上題φ值改為20°,其余條件不變。地基極限荷載Pu=405.4kPa;地基承載力f=Pu/K=405.4kPa/3.0≈135kPa?？梢娖渌麠l件不變,內(nèi)摩擦角變化,極限荷載及地基承載力變化很大,與建筑物的安全性、經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān),尤其是對重大工程或承受傾斜荷載的建筑物更為重要土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是通過土工試驗(yàn)確定的。室內(nèi)試驗(yàn)常用的方法有直接剪切試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)；現(xiàn)場原位測試的方法有十字板剪切試驗(yàn)和大型直剪試驗(yàn)。一、直剪試驗(yàn)：應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式直剪試驗(yàn)根據(jù)排水條件可分為：快剪、固結(jié)快剪和慢剪．優(yōu)點(diǎn)：直接剪切儀構(gòu)造簡單，操作方便等缺點(diǎn)：①限定的剪切面；②剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻；③在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)按土樣的原截面積計(jì)算的；④試驗(yàn)時(shí)不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測孔隙水壓力。二、三軸剪切試驗(yàn)1、試驗(yàn)儀器與基本原理三軸剪切試驗(yàn)儀（也稱三軸壓縮儀）由受壓室、周圍壓力控制系統(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)以及試樣體積變化量測系統(tǒng)等組成。三軸剪切儀

試驗(yàn)時(shí)，將圓柱體土樣用乳膠膜包裹，固定在壓力室內(nèi)的底座上。先向壓力室內(nèi)注入液體，使試樣受到周圍壓力σ3，并使σ3在試驗(yàn)過程中保持不變。然后在壓力室上端的活塞桿上施加垂直壓力直至土樣受剪破壞。

設(shè)土樣破壞時(shí)由活塞桿加在土樣上的垂直壓力為Δσ1，則土樣上的最大主應(yīng)力為σ1f=σ3+Δσ1，而最小主應(yīng)力為σ3f。由σ1f和σ3f可繪制出一個(gè)莫爾圓。

用同一種土制成3~4個(gè)土樣，按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，對每個(gè)土樣施加不同的周圍壓力σ3，可分別求得剪切破壞時(shí)對應(yīng)的最大主應(yīng)力σ1，將這些結(jié)果繪成一組莫爾圓。根據(jù)土的極限平衡條件可知，通過這些莫爾圓的切點(diǎn)的直線就是土的抗剪強(qiáng)度線，由此可得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值(圖-1)。圖-1三軸試驗(yàn)基本原理(a)試樣圍壓(b)破壞時(shí)試樣主應(yīng)力(c)應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線2.三軸試驗(yàn)方法分類按剪切前的固結(jié)程度和剪切過程中的排水條件三軸試驗(yàn)可分為三種類型：（1）不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU試驗(yàn)）

試驗(yàn)過程由始至終關(guān)閉排水閥門，土樣在剪切破壞時(shí)不能將土中的孔隙水排出。土樣在加壓和剪切過程中，含水量始終保持不變，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cu、φu表示。對應(yīng)實(shí)際工程條件中飽和軟粘土中快速加荷的應(yīng)力情況觀看試驗(yàn)過程動(dòng)畫演示

（2）固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU試驗(yàn)）

先對土樣施加周圍壓力，將排水閥門開啟，讓土樣中的水排入量水管中，直至排水終止，土樣完全固結(jié)。然后關(guān)閉排水閥門，施加豎向壓力Δσ，使土樣在不排水條件下剪切破壞，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用ccu、φcu表示。

實(shí)用的工程條件常為一般正常固結(jié)土層在工程竣工或在使用階段受到大量、快速的活荷載或新增的荷載作用時(shí)所對應(yīng)的受力情況。

觀看試驗(yàn)過程動(dòng)畫演示（3）固結(jié)排水試驗(yàn)（CD試驗(yàn)）

在固結(jié)過程和Δσ的施加過程中，都讓土樣充分排水(將排水閥門開啟)，使土樣中不產(chǎn)生孔隙水壓力。故施加的應(yīng)力就是作用于土樣上的有效應(yīng)力，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用ccd、φcd表示。觀看試驗(yàn)過程動(dòng)畫演示

3.三軸試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）可嚴(yán)格控制排水條件；（2）可測量孔隙水壓力；（3）破裂面在最軟弱處

缺點(diǎn)：（1）受力軸對稱；（2）實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜

三軸試驗(yàn)的結(jié)果還是比較可靠

三軸壓縮儀是土工試驗(yàn)不可缺少的儀器設(shè)備

三、無側(cè)限抗壓試驗(yàn)

無側(cè)限儀無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是周圍壓力σ3=0（無側(cè)限）的一種特殊三軸壓縮試驗(yàn)，又稱單軸試驗(yàn)，該試驗(yàn)多在無側(cè)限抗壓儀上進(jìn)行,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖-2（a）

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)過程請參見動(dòng)畫演示

試驗(yàn)時(shí)，在不加任何側(cè)向壓力的情況下，對圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。試樣破壞時(shí)的軸向壓力以qu表示，稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

對于飽和軟粘土，可以認(rèn)為φ=0，此時(shí)其抗剪強(qiáng)度線與σ軸平行，且有cu=qu/2。所以，可用無側(cè)限抗壓試驗(yàn)測定飽和軟粘土的強(qiáng)度如圖-2（b）。

四、不同剪切試驗(yàn)方法及指標(biāo)比較1直剪快剪(Q)與三軸不固結(jié)不排水剪(UU)快剪與不排水剪用于模擬土體來不及固結(jié)排水就較快加載以至剪切破壞的情況。但由于直剪儀不能有效地控制排水條件,直剪的快剪試驗(yàn)與三軸剪的不排水剪試驗(yàn)結(jié)果并不完全相同,其差別大小主要取決于土樣的透水性強(qiáng)弱,對于透水性很強(qiáng)的砂土,直剪的快剪可以相當(dāng)于三軸剪的排水剪;而對于透水性較差的黏性土,兩種試驗(yàn)結(jié)果相近。近年來由于工程建筑施工周期短,結(jié)構(gòu)荷載增長速度快,地基穩(wěn)定性驗(yàn)算一般應(yīng)采用快剪或不排水剪指標(biāo);驗(yàn)算斜坡穩(wěn)定性時(shí),若土體排水條件差、透水性較弱,也應(yīng)采用快剪或不排水剪指標(biāo)。固結(jié)艷快剪(C嘉Q)與固券結(jié)不蔬排水決剪(C撓U)固結(jié)穩(wěn)快剪(C究Q)與固符結(jié)不怪排水鉤剪(C圈U)試驗(yàn)盟用于勾模擬意土體慌在自攜重或趴正常暴荷載禿下已豪充分嶼固結(jié),而后縱荷載肅突然架增加硬的情養(yǎng)況。CQ與CU的結(jié)債果是瞧否一努致同奴樣也慌取決口于土工體的斑滲透耽性大醋小。帶對于甩砂土,直剪府儀的坊固結(jié)事快剪池相當(dāng)偽于三歇軸排舅水剪寺。在徹實(shí)際茄工程額中,當(dāng)建苦筑物搶在施墨工期山間已幅排水瀉固結(jié),但竣炸工后晴有大模量或耗突發(fā)并荷載蹈施于遼其上差時(shí),可采腫用固壟結(jié)快宗剪或尖固結(jié)跨不排毅水剪狂指標(biāo)割。慢剪(S縮慧)與排際水剪(C套D)慢剪(S云)與排盈水剪(C本D)試驗(yàn)揭用于蛇模擬兵土體惡充分固結(jié)嘩后才鴉開始倡緩慢訪施加樸荷載凳的情樣況。朗由于S及CD試驗(yàn)誼中孔模隙水查應(yīng)力(U昆)已消警散為終零,即總造應(yīng)力件就等于有乓效應(yīng)什力,其強(qiáng)僵度指把標(biāo)φs、cs與φd、cd一致,可近似替再代有節(jié)效應(yīng)晉力強(qiáng)堤度指子標(biāo)φ’、c’,即φs=φd=φ’,cs=cd=c’。五、羽剪切綁試驗(yàn)錘方法雷選取音原則在選粱取強(qiáng)綢度指語標(biāo)時(shí)砌要根竊據(jù)工程活實(shí)際爽和土耳層情腔況決定旬采用蕉總應(yīng)煙力或帳有效羅應(yīng)力跪強(qiáng)度景指標(biāo),然后表選擇偶測試袖方法庸。原伸則上汗選取調(diào)時(shí)以技術(shù)啊理論棍合理訂性為主,以習(xí)慣六用法舞的經(jīng)可驗(yàn)性為輔墾。一撞般認(rèn)景為,由三釀軸固法結(jié)不亦排水燈試驗(yàn)事確定悔的有暫效應(yīng)矮力強(qiáng)湖度參對數(shù)c′和φ′值用休于分摔析地諸基的矮長期傾穩(wěn)定畜性(舍例如芳土坡貨的長擁期穩(wěn)煤定分矩析,袍估計(jì)輕擋土碰結(jié)構(gòu)施物的敲土壓漂力、板位于惰軟土矛地基辦上結(jié)察構(gòu)物壓的地拒基長隸期穩(wěn)囑定分踏析等乒)鑰;而控對于步飽和謎軟黏馳土一討般工叔程問毫題多哥采用候總應(yīng)約力分托析法表,其明指標(biāo)候和測賭試方憐法的響選擇掉大致川如下打:a)顛若夜建筑遞物施進(jìn)工速暖度較兵快,泳而地映基土辨的透跑水性和排答水條少件不捧良時(shí)輸,可紋采用要三軸積儀不腳固結(jié)覆不排仆水試驗(yàn)或支直剪禍儀快構(gòu)剪試棟驗(yàn)結(jié)己果。b)泰地研基為麥黏性侮土但貌層厚壁不大記且上臣下土泳層透餡水性好或更采用抗了排俊水措誦施,擴(kuò)可采柴用三肆軸固焦結(jié)不兵排水泊或固結(jié)快爹剪試勉驗(yàn)結(jié)慣果。如果產(chǎn)地基際荷載撲增長祖速率漸較慢吳,地儀基土痰的透蜜水性精不太柱小(臣如低拍塑性酒的黏黎土)鮮以腐及排渴水條懷件又胳較佳煤時(shí)(售如黏癢土層攀中夾問砂層忙)石,則帖可以罷采用駝三軸挎固結(jié)咳排水帥或慢界剪試剝驗(yàn)結(jié)弟果,芒以有母效應(yīng)角力法沉進(jìn)行渾分析秘。針對銀土的動(dòng)短期鍋穩(wěn)定拉問題尾,則商宜采錢用不蹲固結(jié)軟不排脫水試葵驗(yàn)的汗強(qiáng)度匯指標(biāo)華,以蒜總應(yīng)阻力法堅(jiān)進(jìn)行說分析本。由害于實(shí)蘆際加絞荷情鎖況和腔土的通性質(zhì)嚼是復(fù)森雜的些,而例且在躲建筑堤物的靠施工惕和使擊用過緞程中錫都要汽經(jīng)歷鎮(zhèn)不同乘的固頸結(jié)狀鑄態(tài),貞因此益,在餓確定執(zhí)強(qiáng)度艱指標(biāo)瀉時(shí)還險(xiǎn)應(yīng)結(jié)堪合工依程經(jīng)銀驗(yàn)?？傊?選冷擇強(qiáng)單度指犁標(biāo)應(yīng)船按原懇則選途取,間也因搏工程胖情況舊和設(shè)俘計(jì)者秤的不泄同要犁求而遵有所頌變化盾。原妖則上載選取領(lǐng)時(shí)以侮技術(shù)炎理論別合理搶性為糟主,掌以習(xí)疼慣用斷法的質(zhì)經(jīng)驗(yàn)鏡性為牌輔,閃并注面意后終者的扎有條纏件和殊局限史性。跟當(dāng)土腥體透福水性街較強(qiáng)雅、排歌水條雹件良脂好,膚建筑競施工殘速度主較慢濕時(shí),束可采碗用S胖或效CD暗試剛驗(yàn)的修強(qiáng)度癢指標(biāo)跳。結(jié)束嗓語綜上賽所述撒,測器試土派的抗誓剪強(qiáng)立度參早數(shù)的碗方法壁很多勁,在沈土工杠設(shè)計(jì)沿計(jì)算讓中,權(quán)剪切礦試驗(yàn)受方法衫及其杏指標(biāo)愛的具璃體選早用,系應(yīng)緊科密結(jié)覽合工撕程類店別,贏大致案判定濫影響圾工